双光子吸收效应研究新进展

双光子吸收（two-photon absorption）是介质通过中间虚态同时吸收两个光子从基态跃迁至激发态的过程;其跃迁量子特征具有高度空间分辨率和良好介质穿透性,因而在三维微纳加工制作、三维光信息存储和三维荧光显微成像等高科技领域具有应用价值,成为当前有机光电子领域热点课题。该文介绍本课题组十年来在双光子科学领域中开展的工作与相关成果。     

具有双光子吸收特性的蒽基发光高分子的合成及性质研究

强双光子吸收材料在双光子荧光显微、三维光信息存储、光限幅以及聚合物微加工等领域具有诱人的应用前景。在钯催化下合成了以2,6-二(二己基氨基-对苯乙烯基)-9,10-二烷氧基苯基蒽为结构单元的非共轭蒽基聚合物,并用核磁共振、凝胶色谱对其结构进行了表征,测定了聚合物及其模型化合物的紫外、荧光光谱。结果表明,非共轭蒽基聚合物的长波吸收峰均位于红光区域,但呈现不同的荧光发射;最大双光子吸收截面分别为δ聚合物=8 789 GM和δ模型化合物=920 GM,是具有双光子吸收特性的发光光分子;该聚合物具有强度与韧性特征,可以在膜状态下使用。     

飞秒激光诱导Dy3+掺杂玻璃的上转换发光

研究了飞秒激光诱导Dy3+掺杂ZnO-B2O3-SiO2玻璃的上转换过程,通过分析800 nm飞秒激光泵浦功率和荧光发射强度之间的关系以及吸收光谱,从机理上阐述了此上转换过程为双光子同时吸收的过程.     

二苯乙烯类荧光增白剂1,4-二(邻氰基苯乙烯基)苯的合成及晶体结构与光物理性质

以Witting-Homer反应合成了反式对称的1,4-二(邻氰基苯乙烯基)苯化合物,X-射线衍射分析测定了该化合物的晶体结构。测定了其在不同溶剂中的线性吸收光谱、荧光发射光谱及荧光量子产率。飞秒激光做光源研究了化合物的双光子光物理性能。测试(700～820 nm)结果表明:该化合物在蓝光波段有较强的荧光发射,化合物具有较高的荧光量子产率,在700 nm处有较大的双光子吸收截面(68 GM),具有双光子诱导蓝光发射光学特性。     

稀土共掺氧氯碲酸盐玻璃三基色上转换发光研究

研究了ZnCl2调整Er3+/TM3+/Yb3+共掺氧氯碲酸盐玻璃的Raman光谱、吸收光谱和上转换荧光光谱,分析了上转换发光机理.结果发现该体系玻璃具有较低的声子能量,在980nmLD激发下,可以同时观察到明显的蓝色(476 nm)、绿色(530 nm和545 nm)和红色(656 nm)上转换发光.上转换蓝光是一个三光子吸收过程,而上转换绿光和红光均为双光子吸收过程.随着ZnCl2含量的增加,玻璃的发光性能有一定提高.研究结果表明Er3+/TM3+/Yb3+共掺氧氯碲酸盐玻璃是一种三维立体显示用激光玻璃的潜在基质材料.     

不对称多枝三苯胺衍生物的制备与其双光子性质研究

通过Wittig和Heck反应合成了目标产物YZ1和YZ2,研究了分子的"枝"数和纳米粒子对材料的双光子性能的影响。实验结果表明,增加分子的枝数有利于提高材料的双光子吸收截面,双枝YZ2的最大双光子吸收截面为1 271 GM。另外,纳米粒子的加入有利于提高YZ1和YZ2的双光子荧光强度。     

室温下InSb标准具的光学双稳性研究

采用工作波长为10.6μm的TEACO_2激光器,利用窄禁带半体InSb的双光子吸收非线性,我们在国内首次实现了室温运转的InSb F—P标准具的光学双稳态,进行了相应的理论分析。并对多个低重复率短脉冲的记录问题进行了讨论。     

飞秒激光双光子荧光显微系统的构建与应用

为进行双光子荧光显微成像研究,搭建了一套飞秒激光光源双光子荧光显微成像系统.对超短脉冲锁模激光器的成像优势、双光子激励饱和功率及系统分辨率进行了理论推导,利用飞秒激光器、显微镜、数据采集设备与控制装置及扫描控制软件搭建了显微成像系统,并对Rhodamine B样品进行双光子荧光显微成像实验.结果表明:相同条件下,超短脉冲锁模激光器的双光子荧光产率为连续光输出激光器的105倍;采用UPLSAPO60XO型物镜时,双光子激励饱和功率为50 m W,理论横向和轴向分辨率为303 nm与727 nm;该系统具有显微成像能力,且实际横向分辨率小于3μm.     

多层记录方式有望使光盘容量达到15TB

日本富士胶片公司正在研究用一种新的记录方法来制造光盘,新光盘能以多层方式记录数据,存储容量可达到1TB,最高可实现15TB的海量存储。新方法结合了双光子吸收"热模记录"技术,通过双光子吸收来产生热。双光子吸收是同时吸收2个频率相同或不同的光子,将分子激发到更高能状态。由于双光子吸收反应能将激光聚焦在一个很小的区域内,就能在磁盘中造出更多层数。"热模记录"则是利用高能量致密激光,     

双光子荧光法对比度的研究

从理论上和实验上对双光子荧光对比度进行了研究,证明了双光子荧光对比度对锁模质量的判别作用。实验结果表明,要正确判断锁模质量,除采用适当溶剂外,还要选择最佳泵浦强度,最佳染料浓度及适当控制曝光和显影时间。     

Two-photon absorption effect and the intra-molecular charge transfer of p-substituted stilbene-type pyridinium salts

The relationships between two-photon absorption (TPA) effect and excited state intramolecular charge transfer (ICT) of p-substituted stilbene-type pyridinium salts have been investigated. Two-photon absorption cross section (δTPA) for all the compounds has been determined by open aperture Z-scanning technique, while two-photon pumped (TPP) up-converted lasing efficiencies (η) and optical limiting behavior have been measured by two-channel energy-meter, pumped by a mode locked Nd: YAG ps laser. Streak camera was used to record two-photon induced fluorescence and the fluorescence lifetimes. The experimental and calculated results have shown that the excited state larger in-tra-molecular charge transfer, in the excited state characterized by the charge density difference between the ground state ( S0) and the first excited state ( S1), has contributed to enhancing TPA cross section and may result in better optical limiting effect. And high TPP up-converted lasing efficiency is related to not only the δTP     

双光子光折变介质中非相干耦合屏蔽光伏孤子族

为了获得有外加电场的双光子光伏光折变介质中存在着稳态非相干耦合屏蔽光伏空间孤子族的结果,对外加电场的双光子光伏光折变介质中多束偏振方向和波长都相同的互不相干光束的耦合进行了理论研究。结果表明:双光子非相干耦合屏蔽光伏孤子族可以看成是屏蔽孤子族和光伏孤子族的统一形式。当光伏场可忽略时,屏蔽光伏孤子族就转化为屏蔽孤子族;而当外加电场不存在时,屏蔽光伏孤子族相当于开路和闭路条件下的光伏孤子族;当孤子族中只含有2个光束分量时,孤子族就变为屏蔽光伏孤子对。     

双光子激光器和双光子光学双稳态的统一理论

本文应用Haken的量子理论统一处理了双光子激光器和双光子光学双稳态,导出了光场服从的Fokker—Planck方程,得到了双光子激光器和双光子光学双稳态的统一解,并分析了输出光场对输入光场或泵浦参量所呈现出的两个稳态不是同等稳定的。事实上,系统可能以亚稳态存在。     

咔唑衍生物及8-羟基喹啉与ZnS纳米粒子复合及光学性能研究

采用微乳液的方法制备了平均粒径为85 nm的ZnS纳米粉体。主要测试了咔唑衍生物及8-羟基喹啉与ZnS纳米粒子复合后在四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的单/双光子荧光特性。研究发现咔唑衍生物的双光子荧光强度较未加入纳米ZnS时只有提高不足20%,而8-羟基喹啉与纳米ZnS复合后得到了一种新的发光体系,其荧光强度可提高2~4倍,同时荧光发射峰出现了较大程度的红移,其红移达116 nm。     

Optical waveguide and nonlinear properties of Bi<Subscript>3</Subscript>NdTi<Subscript>3</Subscript>O<Subscript>12</Subscript> thin films

Neodymium-substituted bismuth titanate (Bi₃NdTi₃O₁₂, BNT) thin films were prepared on quartz substrates by a metal-organic solution deposition process. The crystalline structure was evaluated by X-ray diffraction. Waveguide property was investigated by using prism coupling technique and optical transmittance measurement. The optical nonlinearities of the film were measured by the top-hat Z-scan techniques and a large positive nonlinear refractive index, nonlinear refractive coefficient and two-photon absorption coefficient were determined to be 3.84 × 10⁻⁷ esu, 0.7523 cm²/GW and 4.81 × 10⁴ cm/GW, respectively. These results reveal that the BNT film may be a kind of new multifunctional materials.     

两种双光子情形J-C模型的时间演化

求解出了两种双光子情形的Jaynes-Cummings(J-C)模型的时间演化,该两种模型在共振情况下的粒子数反转也给出了相应的表述.基于这样的求解,可以看出任何J-C模型的波函数以及其特性都具有十分相似的形式.